項目簡介：   本項目屬于經典的晶體學范疇。

它的科學價值在于：

1. 在世界上首次系統的、精確的、物理意義清晰的解出了達爾文于1922年提出的、描述X射線和中子在單晶體內傳輸過程的"達爾文方程"。它的破解引起了一系列的創新。

2. 首次在理論上解決了單晶的中子和X射線衍射結構分析中的消光問題。衍射結構分析是測定物質分子結構的基礎，而單晶衍射結構分析過程中"消光因子"的無法確定一直是這一技術的未解難題。本工作首次推導出平板晶體消光因子的精確表達式，首次用它對國外的LiF單晶作了92個峰全峰分析，崎離因子只有1.4%，證明了平板單晶消光問題的解決。

3. 首次編制了應用潛力很大的柱形晶體積分反射率和消光因子表：球形單晶樣品是實驗中最常用的樣品形式，它的消光因子可以從柱晶算出。作者通過達爾文方程的數字解首次建成了五個精度為0.02%的柱晶消光因子表，為最終建成球晶的消光因子標準總表打下了基礎。

4. 首次定量的判明柱晶的衍射幾何，包括指出Becker和Coppens(以后稱為BC)(1974)等權威的錯誤和BC作的并被沿用至今的消光理論的的局限性的根源，克服了這一缺陷。

5. "晶體單色器"是所有中子和X光衍射儀的關鍵部件。創立了國際上唯一的計算彎晶和梯度晶衍射強度的"層狀耦合模型"理論（現被國際上通稱為"達爾文方程的離散形式"）。其原理是使用在平晶消光中得到的理論來選擇最佳單色器厚度,對彎晶或梯度晶則利用不同深度曲率或晶格常數的變化減少消光提高出射束強度從而增大單色器效能，目前層狀耦合模型已被國際作為單色器設計的標準方法編入McStas軟件包廣泛采用，產品已投入運行。

6. 由于以上成就，創建人受邀以作者的身份改寫了世界權威著作"國際晶體學表C卷2004版"中的有關章節，成為將個人創新成果列入這本晶體學界最高權威著作的第一個中國人。

7. 共列出代表性論文和專著9篇,國外SCI它引數為11 ,SCI平均國外它引數1.2。本工作引文較少，原因是多方面的，將在"詳細內容"后面加以說明。

主要發現點：

1. 在引入反應堆物理的一些概念、自創了 xi = 吸收與衍射截面的比值作為參變量，首次系統的、全面的、物理意義清晰的解開了由達爾文于1922年提出的、描述中子與X 射線在非理想單晶中輸運過程的"達爾文方程"，得到了精確表達輻射束在晶體中反射、透射等的多個表達式，為開辟這一領域打開了大門。(晶體物理學。HU4,5 )

2. 相應的創建了平板晶體的功率傳輸方程組并求出了它的普遍解, 得到了平板晶體消光的精確表達式。

為驗證這些公式，取國外LiF的實驗數據，第一次把所有的、包括消光高達80%以上的92個衍射峰數據全部采用，經消光因子修正后統一分析，最后達到了1.37%的擬合精度。證明了平板消光問題的解決。此外，本工作還分別導出了對單色器設計至關重要的、Bragg和Laue幾何下輻射束可穿透晶體的最大約化深度和最佳約化厚度；指出了權威的Bacon和Lowde（1948）理論中的錯誤。首次導出非對稱衍射下的積分反射功率比,并證明了國際晶體學表此前所列出的公式,只是普遍解在極強吸收的情況下的極限解。并在2004年國際晶體學表C卷上作了更新。( X射線晶體學、晶體物理學、晶體結構學。HU4,5,8 )

3. 平板晶不是在實際應用中使用的樣品形狀。為了向應用層面靠近，對實驗中最常用的球形晶的基礎柱形晶首次通過達爾文方程組的數字解得出了衍射束強度分布、消光因子等，目前已作出了五個高精度的柱晶消光因子表，為最終建成球晶消光因子總表打下了基礎。(晶體物理學。HU7 )

4. 由于缺乏理論，過去對柱晶衍射的探討常基于猜測。本工作首次定量的算出了柱晶四個不同衍射區的出射束的強度及其對總強度的貢獻，從而首次發現了其中Bragg-Bragg區分量的重要性，也解決了1974年以來通用的 BC 基于分離變量的近似消光理論之所以僅能用于直徑100微米以下樣品，原因在于忽略了B-B區,所造成的后果是消光因子可與本工作有成倍的差別(見詳細內容中的圖7)。而本工作給出的消光因子則適用于任意大小樣品。在此基礎上也論證了平板與柱晶的積分反射功率比和消光因子的主要不同。并證明隨著吸收柱晶樣品尺寸的增大,其消光因子逐漸趨近無窮厚平板Bragg幾何下的消光因子。(晶體物理學。HU6,9 )

5. "晶體單色器"是所有中子和X光衍射儀上的關鍵部件。本工作創立了適用于單色器設計的、用以計算各種非理想畸變晶、梯度晶衍射強度的"層耦合模型"，從而可以從理論上計算單色器的性能，選取最佳方案。目前它是國際上唯一的理論，已被泛稱為"達爾文方程的離散形式"編入通用的Mc Stas計算軟件包供全世界同行采用。根據它設計出的單色器已在歐洲最大的ILL中子散射中心投入運行。此外，此方法也可通過理論和實測對比來判斷晶體內裂紋的位置、取向等。(晶體物理學。HU1,2 )

6. 基于以上的首創成果，晶體學界最權威的"國際晶體學表"總編輯特函邀請作者將這些最新成果寫進該書C卷的2004年新版，這是國際晶體學界對本工作的創新和前沿性的最權威的認可。(晶體物理學。HU8 )

主要完成人：

1.   胡華琛

本項目的開創者。創造物理參數、模型，全部理論公式的推導，絕大多數計算程序的編制和計算，物理機制的分析。（所有代表性論文的第一作者）

對應于主要發現點1-6，本人貢獻：

1和2：達爾文方程的推導得透射和吸收等的多個表達式，計算并驗證國外LiF的實驗數據。貢獻90％。

3和4：編寫程序進行柱晶及球晶消光因子等數字計算。貢獻90％。

5：創造"層耦合模型"，編寫程序與國外實驗對比。貢獻100％。

6：改寫國際晶體學表。貢獻100％。

本人在該項研究工作中的工作量占本人工作量的100％。

10篇代表性論文：

1.   A layer coupling model for neutron reflectivity and transmissivity calculation in deformed mosaic crystal/ J. Appl.Cryst, V.25,P.731-736.

2.   Neutron diffraction in flat and bent mosaic crystal for asymmetric geometry./ J.Appl.cryst. V26, P.251-257.

3.   Neutron diffraction in plane and bent mosaic monochromators/ Nucl. Instruments and Methods, A.335, P.239-242.

4.   A universal treatment of X-ray and neutron diffraction in Crystals. I.theory /Acta Cryst. A53, P.484-492.

5.   A universal treatment of X-ray and neutron diffraction in Crystals.Ⅱ.extinction / Acta Cryst.A 53, P.493-504.

6.   Shen Cai-Wan, Li Zhao-Huan, Qiao Ying, Yang Bin. Secondary extinction in cylindrical and spherical crystals for X-ray and neutron diffraction / Chin. Phys. Lett., V.18, No.1. P.74. (2001)

7.   Secondary extinction and diffraction behaviors in cylindrical crystals for X-ray and neutron diffraction. /Acta Cryst.A 59, P. 297-310.

8.   International Tables for Crystallography, Vol. C, pp. 596-598 / Dordrecht/Boston/London: Kluwer. (專著)

9.   Precise analysis of the components of diffraction by cylindrical crystals/ Acta Cryst.A 60. P.562-564.